Molekylära enheter för artificiell fotosyntes

1. Solida p-typ mesoporösa halvledarsolceller

I stället för flytande redoxpar har elektronledarmaterial använts för att genomföra elektronöverföring mellan fotokatoden och motelektroden i fotosensibilisator-sensibiliserade mesoporösa halvledarsolceller. Molekylära färgämnen, perovskite samt kvantpunkter har använts som fotosensibiliserare i denna studie. Olika elektrontransportmaterial har också använts för att förbättra effektiviteten i energiomvandling.

    Ett schematisk skiss av en solid p-typ mesoporös solcell

Relevanta publikationer

1. Tian, H., Xu, B., Chen, H., Johansson, E. M. J. and Boschloo, G., Solid-State Perovskite-Sensitized p-Type Mesoporous Nickel Oxide Solar CellsChemSusChem, 2014 7: 2150.

2. Zhang, L., Boschloo, G., Hammarström, L., Tian, H., Solid state p-type dye-sensitized solar cells: concept, experiment and mechanism. Phys. Chem. Chem. Phys., 2016,18, 5080-5085 

3. Tian L., Föhlinger J., et al., Ultrafast dye regeneration in a core–shell NiO–dye–TiO2 mesoporous film. Phys. Chem. Chem. Phys., 2018, 20, 36-40.

4. Tian L., Föhlinger J., et al.,Solid State p-Type Dye Sensitized NiO-dye-TiO2 Core-Shell Solar Cells. Chem. Commun. 2018, 54, 3739-3742 

5. Bo X., Lei T., et al. Solution-processed nanoporous NiO-dye-ZnO photocathodes: Toward efficient and stable solid-state p-type dye-sensitized solar cells and dye-sensitized photoelectrosynthesis cells. Nano Energy 2019, 55, 59-64

2. Vattenklyvning / CO2 reduktionsenheter

På grundval av studier av p-typ färgämnessolceller och organiska solceller, arbetar vi på immobilisering av katalysatorer på olika fotoceller för att åstadkomma ljusdriven vattendelning och minskning av CO2. För att göra katalysatorn stadigt immobiliserad på fotokatoden används klick-kemi som en effektiv strategi för att utföra detta arbete. Vi transplanterar detta koncept på NiO-baserad elektroder samt organiska fotovoltaiska (OPV) elektroder.

 Schematisk ritning av ett färgämne/katalysator-sensibiliserad p-typ fotokatod för solenergibränsle

Relevanta publikationer:

1. Chen Y., Chen, H., Tian H., Immobilization of a cobalt catalyst on fullerene in molecular devices for water reductionChem. Commun., 2015, 51, 11508-11511.

2. Tian H., Molecular Catalyst Immobilized Photocathodes for Water/Proton and Carbon Dioxide Reduction, ChemSusChem 2015, 8, 3746.

3. Pati. P., Zhang, L., et al., Insights into the Mechanism of a Covalently Linked Organic Dye–Cobaloxime Catalyst System for Dye-Sensitized Solar Fuel Devices,  ChemSusChem, 2017, 10 (11), 2480-2495.

4. Huan J., Gibert M., et al., Covalently linking CuInS2 quantum dots with a Re catalyst by click reaction for photocatalytic CO2reductionDalton Trans., 2018, 47, 10775-10783 

3. Polymer Nano-Photocatalysts

Organic polymers have potential to obtain the high photocatalytic efficiency, since their structures and corresponding properties can be facilely tuned by constructing them with differing chromophoric building blocks. However, all polymers reported so far for proton reduction are hydrophobic, leading to unsatisfactory performance in pure water. For this reason, the addition of an organic solvent or much liquid electron/proton donor, such as MeOH or triethanolamine (TEOA), is desirable. We experimentally proved that making the organic polymer into nano scale dots (Pdots) can dramatically improve the photocatalytic performance of proton reduction in aqueous solution without addition of any organic solvent.

Polymer Nano-Photocatalysts for Proton Reduction
Polymer Nano-Photocatalysts for Proton Reduction

Relevanta publikationer:

1. Wang L., Fernández-Terán R., Zhang L., Fernandes D., Tian. L., Chen H., Tian H., Organic Polymer Dots as Photocatalysts for Visible Light-Driven Hydrogen Generation, Angew Chem Int Ed, 2016, 55 (40), 12306-12310.

2. Pati P., Damas G., Tian L., Fernandes D., Zhang L., Pehlivan I., Edvinsson T., Araujo C., Tian H. An experimental and theoretical study of an efficient polymer nano-photocatalyst for hydrogen evolution, Energy Environ. Sci., 2017,10, 1372-1376 

3. Liu A., Tai C., Hola., Tian H. Hollow Polymer Nanoparticles: Nature Mimicking Architecture for Efficient Photocatalytic Hydrogen Evolution, J. Mater. Chem. A, 2019, doi: 10.1039/C8TA12146J